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享元模式深度解析：Java 中大量細粒度對象的記憶體優化藝術

編輯：Java 相關知識

模式核心：共享技術支撐大量細粒度對象

享元模式通過區分內部狀態（Internal State）與外部狀態（External State），實現對象共享：

內部狀態：不可變、可共享的數據（如字符編碼、圖標圖片）。
外部狀態：隨環境變化、不可共享的數據（如字符顏色、位置、字體大小）。

五大核心角色

Flyweight（抽象享元）：定義介面，接收外部狀態參數。
ConcreteFlyweight（具體享元）：實現介面，儲存內部狀態，必須可共享。
UnsharedConcreteFlyweight（非共享享元）：不共享的組合對象，可包含具體享元。
FlyweightFactory（享元工廠）：創建/管理享元，確保合理共享（通常為單例）。
Client（客戶端）：維護享元引用，計算/儲存外部狀態。

Java 標準庫中的經典應用：String 常量池

String a = "hello";
String b = "hello";
System.out.println(a == b); // true：指向同一對象，享元模式實踐

JVM 確保字符串字面量在常量池中唯一，極大節省記憶體。

實戰場景：文本編輯器字符對象共享

問題：文章包含成千上萬字符，若每個字符都是獨立對象，記憶體壓力極大。
解決：

字符對象（享元）僅儲存 char code（內部狀態）。
顏色、字體、大小等格式屬性（外部狀態）由客戶端管理，渲染時傳入。
行對象（非共享享元）組合字符享元，維護外部狀態上下文。

完整代碼實現

// 1. 享元對象：字母
public class Letter {
    private final char code; // 內部狀態：不可變
    public Letter(char c) { this.code = c; }
    public char getCode() { return code; }
    @Override public String toString() { return "Letter@" + Integer.toHexString(hashCode()) + "['" + code + "']"; }
}

// 2. 享元工廠（單例）
public class LetterFactory {
    private static final LetterFactory INSTANCE = new LetterFactory();
    private final Map pool = new ConcurrentHashMap<>();
    
    private LetterFactory() {}
    public static LetterFactory getInstance() { return INSTANCE; }
    
    public Letter getLetter(char c) {
        return pool.computeIfAbsent(c, Letter::new); // 雙重檢查鎖定模式隱含
    }
    
    public int poolSize() { return pool.size(); }
}

// 3. 非共享享元：文本行（組合字符享元）
public class TextLine {
    private final List letters = new ArrayList<>();
    private final Map styles = new HashMap<>(); // 外部狀態：位置->樣式
    
    public void addLetter(char c) { letters.add(LetterFactory.getInstance().getLetter(c)); }
    public void setStyle(int index, FontStyle style) { styles.put(index, style); }
    
    public void render(Graphics2D g, int x, int y) {
        for (int i = 0; i < letters.size(); i++) {
            FontStyle fs = styles.getOrDefault(i, FontStyle.DEFAULT);
            g.setFont(fs.font); g.setColor(fs.color);
            g.drawString(String.valueOf(letters.get(i).getCode()), x, y);
            x += fs.fontMetrics.charWidth(letters.get(i).getCode());
        }
    }
}

// 4. 客戶端測試
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        LetterFactory factory = LetterFactory.getInstance();
        String text = "easiness";
        
        // 模擬構建文本行
        TextLine line = new TextLine();
        for (char c : text.toCharArray()) line.addLetter(c);
        
        // 設置部分字符樣式（外部狀態）
        line.setStyle(0, new FontStyle(new Font("微軟雅黑", Font.BOLD, 24), Color.RED));
        line.setStyle(3, new FontStyle(new Font("Consolas", Font.ITALIC, 18), Color.BLUE));
        
        System.out.println("享元池大小: " + factory.poolSize()); // 輸出 5 (e,a,s,i,n)
        System.out.println("字符對象: " + line.letters); // 顯示共享對象引用
    }
}

關鍵輸出分析

享元池大小: 5
字符對象: [Letter@...['e'], Letter@...['a'], Letter@...['s'], Letter@...['i'], Letter@...['n'], Letter@...['e'], Letter@...['s'], Letter@...['s']]

8 個字符位置，僅創建 5 個字符享元對象，e、s 重複複用。